保丽霞 王杉 王秋兰 危锦丽 蒋建明

关键词：道路交叉口：信号控制：清空：绿信时长：交通工程

在城市道路交通中，道路交叉口是影响整个路网运行状况的关键节点。不合理的道路交叉口交通组织及信号控制模式往往导致交叉口运行效率低下、时空资源浪费，严重时还会造成交通拥堵，乃至影响整个路网的通畅程度。依照公安部下发的公交管[2020]302号《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》（简称：《指导意见》）精神，为贯彻落实《指导意见》中的相关要求，切实做到：高峰期以交通流均衡调控为重点，采用以出量进、缓进快出、限流分流、防止排队溢出等措施，主动均衡疏解交通压力，缓解交通流快速聚集造成的拥堵;合理设置信号相位、相序、信号周期、绿信时长和绿灯间隔，灵活采用搭接相位、迟开早断等相位设计方法，使放行方式、时间分配与交通流需求相一致;实施信号控制的交叉口应同步优化空间渠化设计，通过调整进口车道功能、非机动车及行人过街方式和设置待行区等措施，因地制宜采取增加车道、设置可变车道、直右共用车道、分时段禁向等方法，最大程度提高交叉口空间利用率。

通常道路交叉口的信号控制配时方案是固定的，在车流量较大的情况下，不少地方只能依靠执勤交警凭借个人经验手动操作交通信号控制机进行配时调整，这不仅占用警力，也难以充分合理利用交叉口的时空资源，还会时常出现关联节点间的无规律超长周期运行状况，甚至有可能导致上下游交叉口车流量无规则突变。

可见，在道路交叉口通行资源紧张的条件下，绿信时长的充分利用越发凸显关键。与此同時，为避免在相位末期通行车流的相互影响，减少机动车、非机动车和行人之间的冲突干扰，保障交叉口交通安全，相位切换时的交叉口清空也尤为重要。近年来，一些新的道路交叉口设计模式，如可变导向车道的出现，使得此类问题的解决有了新的思路。

本文以合肥市望江西路一浮山路（杨林路）交叉口和望江西路一枫林路交叉口为案例，以信号控制道路交叉口充分清空与绿信时长最大化利用为原则，采用多种不同的相位组合、相序排列搭接方式和借助可变导向车道的设置，提出了道路交叉口交通组织与信号控制配时相结合的优化设计方案。利用道路交叉口高峰时段调研期间，执勤交警手控运行模式状态下所收集到的交通流量等数据，对方案实施的有效性进行了预期评价。

1道路交叉口现状与问题分析

2020年11月至12月，对合肥市望江西路一浮山路（杨林路）交叉口和望江西路一枫林路交叉口进行了早（07：40～09：00）、晚（17：00-18：40）高峰时段的实地调研，重点调查了车流分布、备方向的交通拥堵状况和绿灯信号空放等情况，调研结果如下。

1.1望江西路一浮山路（杨林路）交叉口

1.1.1交叉口概况

信号灯设置：东、西、南、北四个方向均为三组信号灯，分别为左转箭头灯、满屏灯、右转箭头灯（常绿）。

车道设置：东西方向为主干路望江西路，路段为双向八车道，交叉口车道展宽至五进四出;南侧浮山路路段双向四车道，交叉口车道展宽至三进二出;北侧浮山路（杨林路）为狭长支路，双向二车道，未展宽。该交叉口南、北两侧衔接道路等级差较大。备方向车道等级及渠化见表1、图1、图2、图3、图4。

周边相关交叉口及路段：该交叉口东侧为望江西路一枫林路交叉口，路段长度约965米;西侧为望江西路一永和路交叉口，路段长度约560米;南侧为浮山路一华佗巷交叉口，路段长度约334米;北侧为浮山路（浮山路）一金胜路交叉口，路段长度约285米，约在175米处为合肥常春藤实验学校大门。见图5。

早、晚高峰时段机动车流分布：备方向车流量数据及对比见表2。

早晚高峰，东西对向直行车流量呈非对称且潮汐现象极为严重，东西对向左转车流均呈现西多东少的状态。早高峰时段，由东向西直行以及由东向北右转车流量大，直行车流最大排队长度达500米以上，绿灯结束时平均滞留车队长度为60～80米;由西向东直行车流不足由东向西直行车流的二分之一，常出现6～10秒左右的绿信时长浪费，交警手控时浪费时间更多。晚高峰时段，东西对向直行车流量与早高峰正好相反，由西向东直行车流量最大排队长度达500米以上，东西对向左转车流量与早高峰情况基本一致。北侧进口车流量较大，且主要以北向东左转车流为主，最大排队长度达240米以上，高峰期绿灯结束时的平均滞留车队长度为60米左右。该交叉口卫星图见图6。

非机动车与行人：早高峰时段由东向西直行较大，晚高峰时段由西向东直行较大，东、西侧左转非机动车随同方向左转机动车对向放行相位放行，该交叉口行人较少。

途经公交车：途经该交叉口的公交线路共4条（102、651、66.5和B2），备条公交车线路的发车间隔时间如下：102和B2路为4～10分钟/班，651和655路为8～20分钟/班，651和665路高峰区间车为15分钟/班，现状公交专用道利用率较低。

1.1.2现状信号控制方案

图7望江西路一浮山路（杨林路）交叉口早高峰信号控制现状方案

注：图7、图8配时图中未标明灯组编号的表示不受控的右转常绿箭头灯信号，SE相位中的北侧灯组6是按实际路面渠化绘制的相位图。配时数据是在早、晚高峰时段车流未达到最高峰前，即现场执勤交警还未进行手控时的实测配时。此外，根据用户提供的主干道望江西路的配时数据，整个路段的信号控制周期均不相等，该路段的各主要交叉口早、晚时段经常会有现场执勤交警手控信号机，尤其是与浮山路交叉口东侧相邻的枫林路交叉口，基本是每天高峰全时段手控。

1.1.3问题分析

早高峰时段道路及交叉口运行存在的问题：

（1）东西主干道早、晚高峰期时段直行车辆潮汐现象非常严重，东西方向的左转车流量不随东西方向直行车流量同比变化，东西侧左转车流量变化也不大，西侧左转车流总是大于东侧左转车流，车流分布极不对称;南、北两侧道路条件差异巨大，北侧进、出压力非常大，早、晚高峰车流量变化不大。

（2）早高峰时段由东向南左转车流和晚高峰时段由西向北左转车流较少，而左转非机动车的放行模式是随同机动车左转对放信号D相位（阶段）放行，在早高峰时段B相位和晚高峰时段C相位时，所对应的左转车辆信号多数时间处于空放，进入左转对放D相位时，也只是一侧有左转车辆，而另一侧完全处于空置状态。

（3）由于道路交叉口所有右转方向都设置了常绿右转箭头信号灯，在南、北方向绿灯信号放行时，因北侧出口道瓶颈，导致南向北直行车辆受东向北右转车辆影响非常大，经常使D相位的南向北直行车辆滞留在交叉口中。當切换至A相位，东向西直行信号变为绿灯后，直接阻碍了东向西机动车正常驶入并通过交叉口，受影响时间持续12秒以上，场景见图9。

1.2望江西路一枫林路交叉口

1.2.1交叉口概况

信号灯配置：东、西、南、北四个方向均为三组信号灯，分别为左转箭头灯、直行箭头灯、右转箭头灯（常绿）、行人信号灯（无二次过街），无非机动车信号灯。

车道设置：东、西方向望江西路车道设置与望江西路一浮山路交叉口东西向相同;枫林路为双向四车道，交叉口南侧路段为双向四车道，进口道展宽为四进二出，车行道渠化为左转、左直、直行、右转车道备一股;交叉口北侧路段为双向四车道，进口道展宽为四进二出，车行道渠化为左转、直行、直右、右转车道备一股，各方向车道等级及渠化见表3。

机动车车流分布：该交叉口潮汐现象非常严重，主流向车流潮汐车流比约为1：3，早、晚高峰各个往来方向车流量形成非常明显的反转态势。早高峰东向西红灯相位车流排队经常至上游交叉口西出口处，晚高峰西向东红灯相位车流排队长度经常达500米以上（绕城高速高架桥下方），东西方向左转车辆完全不对等，西侧西向北左转车流与北侧北向西右转车流形成非常明显的早、晚高峰往来潮汐车流，而东侧东向南左转车流全天都非常少。南、北两侧车流早高峰红灯相位排队长度达300米左右，晚高峰红灯相位队长度达200米以上;南侧早、晚高峰均以左转车流居多，而南向东右转车辆极少;北侧早高峰以右转车流居多，晚高峰相对均等，备方向车流量数据及早、晚高峰车流数据对比见表4。

非机动车与行人：早高峰时段由东向西直行非机动车流量较大，晚高峰时段由西向东直行和由西向北左转非机动车流量较大，所有方向左转非机动车随同方向左转机动车在对向放相位时放行，该交叉口行人较少。

途经公交车：途经该交叉口的公交车同望江西路一浮山路（杨林路）交叉口，现状公交专用道利用率较低。

该交叉口信号控制方案为直行与左转车辆分相控制+单边放行控制模式，存在车道渠化与信号控制模式不匹配的问题。右转方向均设置了常绿不受控右转箭头信号灯，与规范不符，配时数据来源为用户提供。见图11、图12、图13。

1.2.3问题分析

早高峰时段道路及交叉口运行存在的问题：

（1）早高峰时段：东向西直行和东向北右转车流量较大，拥堵严重时，最大排队长度可达上游交叉口出口道附近（约400米）。西向东直行车流量相对偏少，平均最大排队长度为50～60米，直行车辆绿灯启亮后平均约38～40秒可放空;西向北左转车流量远多于东向南左转车流，西进口道一股左转车道，其平均最大排队长度经常接近直行车道的两倍，通常依靠现场执勤交警人为引导一部分左转车辆驶入直行车道才有可能放完。东侧东向西左转车流极少，且随同东侧东向西直行和西向北左转两个相位绿灯信号，车道基本上处于空置状态（每个周期只有2～3辆车）。北侧北向南直行车流量略大于南侧南向北直行车流量，而北侧北向东左转车流量只有南侧南向西左转车流量的约四分之一。南进口右转车流量极少，绝大多数时间车道处于空置状态。见图14、图15。

（2）晚高峰时段：西进口车流量非常大，最大排队长度达500米以上;东向西直行车流量相对偏少，平均最大排队长度为50～60米，直行车辆绿灯启亮后平均约40秒可放空，东向南左转车辆及少;南、北进口道车流量略低于早高峰时段，北向东左转车流量较早高峰增加一倍，北向西右转车流量大幅减少，南向东右转车流量极少。

（3）右转机动车与非机动车：早高峰时段东向西方向、晚高峰时段西向东方向有大量等待放行的非机动车，由于机动车右转信号常绿，非机动车通行时，会受到右转机动车严重影响，靠执勤交警人工指挥疏导才能正常通过。

（4）早、晚高峰时段需执勤交警手动控制交通信号，手控运行周期基本在300秒以上，最长接近500秒，因受手控影响，东、西主干道无法与上、下游交叉口协调。

（5）受左转非机动车随同机动车对向左转相位放行模式限制，配时方案无法做到根据各方向车流的多少进行最合理的相位组合和相序优化。

2交通组织优化及信号控制灯具配置建议

2.1望江西路一浮山路（杨林路）交叉口

（1）取消左转机动车待转区，由此导致的左转机动车损失时间可通过调整绿灯间隔时间（减少全红时间）弥补，增设西向东直行与北向东左转合流和东向西直行与南向西左转合流导流线，同时在交叉口东西两侧中心绿化隔离带设置“车辆合流注意避让”警示标志，有条件可设置随信号相位变化的电子可变警示标志。

（2）东、西方向从交叉口出口至路段100米处，允许社会机动车辆借用公交专用道完成并道，弥补西向东直行与北向东左转和东向西直行与南向西左转合流相位运行时存在的出口瓶颈。

（3）由于北进口北向南直行车流很少，为减少南、北对向混合放行相位的冲突点，即北侧北向南直行车辆对南侧南向西左转车辆的冲突产生的相互干扰，建议晚高峰时段北进口车辆禁止直行，欲北向南行驶的车辆可右转至交叉口西侧路段掉头，同时应增设北进口车道晚高峰时段（17：00-19：00）禁止直行车辆通行标志牌，便于增设晚高峰时段相位F。

（4）南进口信号灯配置不变，在早高峰时段对南进口左转（箭头）、直行（满屏）车辆实施分相灯控，右转（箭头）信号灯黑灯、晚高峰时段对直左（满屏）、右转（箭头）车辆实施分相灯控，即早高峰时段左转（箭头）信号灯黑灯，其余时段左转箭头灯与右转箭头灯均为黑灯状态，即只有有限通行权。

（5）早、晚高峰时段对东进口右转车辆实施灯控，即在有南向北直行和西向东左转车流放行（有通行权时）情况下，给东向北右转车辆红灯信号，且该红灯信号应在南向北绿灯信号结束后至少9秒结束，其余时段黑灯（具体控制方案见图18、图19）。

（6）增设一组东向西非机动车信号灯，该非机动车绿灯信号应滞后东向西直行机动车绿灯信号3-6秒点亮，确保南向北过停车线车辆能够完全清空。

（7）取消或关闭所有非受控右转常绿信号灯。见图16。

2.2望江西路一枫林路交叉口

（1）西进口内侧第二股车道设置为可变导向车道，并在相应位置增设电子可变车道引导标志。早高峰及上午时段为左转车道，其它时段为直行车道，以此平衡直行车辆与左转车辆排队长度。

（2）南进口内侧第二股车道设置为可变导向车道，并在相应位置增设电子可变车道引导标志。早高峰及上午时段为直行车道，下午及晚高峰时段为左转车道，以解决直行、左转分向放行时不能充分利用空间资源的问题。

（3）东西方向从交叉口出口至路段100米处，允许社会机动车辆借用公交专用道完成并道，弥补东、向西直行与南向西左转合流相位放行时存在的出口瓶颈，并提高公交专用道利用率。

（4）取消左转车辆待转区，由此导致的左转机动车辆损失时间可通过调整绿灯间隔（全红）时间弥补，同时分别增设东向西直行与南向西左转合流线和南向北直行与西向北左转合流导流线，在交叉口西侧中心绿化隔离带头处和交叉口北出口路边缘处设置“车辆合流注意避让”警示标志，有条件可设置随信号相位变化的电子可变警示标志。

（5）早、晚高峰时段对东进口右转车辆和晚高峰时段南进口南向东车辆实施灯控（具体控制方案见图20、图21），其余时段黑灯。

（6）取消或关闭所有非受控右转常绿信号灯。见图17。

3信号控制配时方案优化

受左转非机动车放行模式限制，配时方案无法根据备方向车流的多少做到最合理的相位组合与相序优化，但可通过增设可变车道和较为特殊的相位（车流方向）组合等手段，在同等周期时长情况下，最大限度的将部分相位因空放而浪费的时间分配给车流较大的方向。此外，当前望江西路各主要交叉口，在早、晚高峰时段多由执勤交警使用人工手动控制信号，导致备交叉口控制周期在300秒上、下无规则变化，有时控制周期甚至达到500秒以上的时长，造成到达各交叉口的车流量也成无规律波动状况。

3.1交叉口充分清空——望江西路一浮山路（杨林路）交叉口

望江西路—浮山路（杨林路）交叉口高峰时段相位组合及配时方案，见图18、图19。相位组合图中绿色为绿灯信号（有通行权），黑色為黑灯信号（有限通行权），不出现表示红灯信号。

相位运行顺序：早高峰相位运行顺序：A-B-D-E、晚高峰A-C-D-E-F。

望江西路—浮山路（杨林路）交叉口早、晚高峰时段配时说明：

（1）信号灯组配置见图16望江西路一浮山路（杨林路）交叉口渠化、灯组配置整改示意图。

（2）取消原早高峰方案中东向西单边放行相位，更改为东向西直行与南向西合流组合相位B。

（3）在相位D结束，进入相位E时，灯组绿灯信号启动时序要求：灯组6绿灯（北侧进口机动车）满屏灯信号应晚于南侧绿灯（南侧进口机动车）满屏灯信号6秒启动。

（4）在相位E结束，进入相位A时，灯组绿灯信号启动时序要求：灯组12黑灯（东向北右转）箭头信号和灯组14（东向西直行非机动车）绿灯信号应晚于灯组l、2绿灯（东西方向直行）满屏灯信号6秒启动。其目的是确保南向北直行车辆得到彻底清空。

（5）为消除该交叉口北侧出口瓶颈，在运行相位D、E时，灯组12（东向北右转车辆）应为红灯信号，其目的是为了能尽可能的缩短相位D中西向北左转车流所占用的绿灯时间和相位E南向北直行车辆能够顺畅通过并驶出交叉口。

（6）晚高峰时段是在现状方案的基础上增加了相位F，即来自西向东直行车辆和北向东左转车辆的两个不同方向车流进入同一出口的合流相位，目的是给西向东直行车流和北向东左转车流分配更多的放行时间，以达到缓解晚高峰来自这两个方向的车流压力。在运行相位F时，灯组13（南侧南向东右转）必须为红灯信号。

（7）为消除运行相位B时交叉口西出口车道瓶颈，和运行相位F时交叉口东出口车道瓶颈，应允许东、西直行外侧车辆借用公交专用道先驶出交叉口，随后在适当的路段长度（建议100米）内完成变道驶离公交专用道。

（8）该交叉口非高峰时段使用A-D-E三相位控制。

3.2绿信时长最大化利用——望江西路一枫林路交叉口

望江西路一枫林路交叉口高峰时段相位组合及配时方案，见图20、图21。相位组合图中绿色为绿灯信号（有通行权），蓝色表示可变车道标志，黑色为黑灯信号（有限通行权），不出现表示红灯信号（无通行权）。

望江西路一枫林路交叉口早高峰时段配时说明：

（1）早高峰相位运行顺序：A-C-D-E-F-G。

（2）西进口可变车道转换成西向北左转车道，西向东直行车道变成2条，因此需要适当延长东西对放相位绿信时长，西进口道左转放行绿信时间可相应减少。

（3）取消原配时方案中南侧直行加左转的单边放行相位，南进口可变车道转换为直行车道，即南侧直行为2股车道，使南向北直行车流与北向南直行车流比在时空分配上基本处于平衡，在运行南北直行对放相位E时，东侧进口右转须亮红灯信号。

（4）取消原配时方案中东侧直行加左转的单边放行相位，增加东侧直行加南侧左转相位G。将现状方案中东侧直行加左转的单边放行相位，被东向西左转车辆占用的时间分配给南侧南向西左转车辆，既减少了时空资源浪费，又弥补了因上面取消南出口单边放行相位导致的南向西左转绿信时长的减少问题，在运行东侧直行加南侧左转相位G时，北侧进口右转须亮红灯信号。

望江西路一枫林路交叉口晚高峰时段配时说明：

（1）晚高峰相位运行顺序：A-B-C-D-E-F。

（2）晚高峰西进口直行车辆成为该交叉口最大车流，可变车道转换成西向东直行车道，即西向东直行3股车道，西向北左转1股车道。

（3）南进口可变车道转换成左转车道，即南向北直行1股车道，南向西左转2股车道，使南侧南向西左转车流量与北侧北向东左转车流量的时空分配基本平衡。

（4）晚高峰方案中增加西向北左转加南向北直行合流相位D，以弥补这两个车流方向因车道减少造成的配时时长不足，在运行该相位时，东侧进口右转须亮红灯信号。

该交叉口非高峰时段使用A-C-E-F四相位控制，西侧可变车道设置为直行车道，南侧可变车道可根据车流变化酌情设置。

该交叉口建议信号灯组配置见图17。

3.3辅助配套整改建议

建议望江西路全路段早、晚高峰时段统一信号控制周期时长，信号控制周期时长在用户提供的原有方案基础上，统一调整至240秒，并针对潮汐主要交通流向，实施单向协调控制。与此同时，可酌情参照对应的高峰方案，同步增加过渡方案，过渡方案配时周期时长建议使用180秒或210秒。严格禁止执勤交警使用手动控制模式，避免因手动控制造成上下游交叉口之间车流量的不协调以及随机性大幅波动产生的不良后果。

4效果对比

4.1效果对比方法

将早、晚高峰各个方向车流数据，假设统计车流全部通过交叉口，结合整改建议前后配时方案给出的绿灯信号时长，计算通过交叉口车辆的车头时距值。将车头时距进行比对，并参照以下经验值，评判信号控制方案和配时参数合理性的依据：

（1）分相位控制放行模式：直行1.8～2秒、左转2～2.2秒为合理状态。

（2）混合双车道（直带左+直带右）放行模式：2.2～2.6秒，甚至更高（视左、右转弯车辆的占比情况）为合理状态。

（3）左、直、右独立车道混合对向放行模式：2.6～3.2秒为合理状态。

（4）一侧为单车道、对向为多车道混合放行模式：2.2～3.2秒为合理状态（如杨林路与浮山路）。

（5）小于下限值为无效配时数据，即该配时时长内无法全部通过给定的车流量。

（6）大于上限值2096为绿信时长略有浪费，大于上限值5096为绿信时长有较大浪费，大于上限值10096为绿信时长严重浪费。

为便于对优化设计方案与现状方案分别计算出车头时距值的合理性，用更為直观的不同颜色表示：红色表示无效配时数据、绿色表示取值合理、黄色表示绿信时长略有浪费、橙色表示绿信时长较多浪费，蓝色表示绿信时长严重浪费。

4.2望江西路一浮山路（杨林路）交叉口

望江西路一浮山路（杨林路））交叉口早高峰优化设计方案与现状方案数据对比见表5。

望江西路一浮山路（杨林路）交叉口晚高峰优化设计方案与现状方案数据对比见表6。

4.3望江西路一枫林路交叉口

望江西路一枫林路交叉口早高峰优化设计方案与现状方案数据对比见表7。

望江西路一枫林路交叉口晚高峰优化设计方案与现状方案数据对比见表8。

4.4结论

根据表5、表6、表7、表8这四组建议信号控制优化设计方案与现状信号控制方案的数据比对，以信号控制周期时长、对应相位车流量、车道数、配时时长，推算出的车头时距值，可明确得出以下结论：

（1）现状方案中，主车流方向均有不同程度的配时时长不足，甚至有部分数据呈现严重配时不足，唯有望江西路一枫林路交叉口东、西直行车流配时处于合理值范围，但南、北方向滞堵严重，同时车流量较少的方向均有不同程度的时间浪费，当进入高峰时段后，现状方案均无法满足实际交通需求，导致早、晚高峰只能靠执勤交警被动采用人工手控模式缓解早、晚高峰的交通压力。

（2）优化设计方案中，主车流方向，除望江西路一枫林路交叉口晚高峰方案西侧西向北左转方向车流配时时长略显不足外，其它方向车流配时不同程度地得到了充分改善，配时时长浪费的情况大幅减少，车流量与配时时长基本达到了全面均衡。

（3）对于优化设计方案中望江西路一枫林路交叉口晚高峰西侧西向北左转方向车流配时时长略显不足的问题，可由现场执勤交警酌情引导西向北左转车流适当借用直行车道可得以解决。

必须指出的是，本优化设计方案提出的早、晚高峰交通信号控制配时整改建议并未考虑望江西路一枫林路交叉口右转车专用车道的功能调整，如将右转专用车道变更为直右车道，则需重新进行优化设计方案设计，在未来的研究整改中可对此加以考虑。

5结语

本方案优化设计研究，着重从信号控制道路交叉口充分清空与绿信时长最大化利用的原则出发，以合肥市两个道路交叉口为例，在相位的组合方式与相序搭接排序上大胆创新，同时借助可变导向车道的设置，对交叉口交通组织与信号控制配时的优化设计方案提出了多举并进的缓堵治堵新思路，并以实地调研采集到的车流量等交通数据为依据，论证了优化设计方案的有效性。笔者认为，在当前各地城市潮汐交通现象突显且交通流向不均衡的背景下，深化推进城市道路交通组织管理与信号控制相结合的优化设计工作，将是缓解城市道路交通拥堵问题行之有效的必要手段，两者的完美结合与应用兼具技术与艺术的双重属性。正如美国内华达大学（里诺）终身教授田宗忠所指出：“信号配时很大成分是‘艺术，而非纯科学或工程”。可见信号控制配时优化设计是“具有艺术性的交通缓堵治堵良方”。本研究成果可为其它各方向车流量不均衡的道路交叉口交通信号控制配时优化设计改造提供借鉴参考。